《弯曲工艺设计》word版.docx

弯曲工艺设计一 最小相对弯曲半径 r min / t 弯曲时弯曲半径愈小，板料外表面的变形程度愈大，若弯曲半径过小，则板料的外表面将超过材料的变形极限而出现裂纹或拉裂。在保证弯曲变形区材料 外表面不发生破坏的条件下， 弯曲件内表面 所能形成的最小圆角半径称为最小弯曲半径。 最小弯曲半径与弯曲材料厚度的比值 r min/t 称作最小相对弯曲半径。 r min/t 又被称为最小弯曲系数，是衡量弯曲变形程度的主要标志。 最小弯曲半径的数值，可以根据图 3-17 用下列近似计算方法求得。在厚度一定的条件下，设中性层位置半径为 P0rt/2，则弯曲圆角变形区最外层表面的切向拉应变 为： 以P0rt/2 代入 上式得 ： ( 3 5 ) 即： ( 3 6 ) 当 达到材料拉应变的最大极限值 max时 , 则相对弯曲半径为最小值 r min / t ，即： ( 3 7 ) 材料的 max值愈大 ，则相对弯曲半径极限值 r min / t 愈小，说明板料弯曲的性能愈好。最小相对弯曲半径 r min / t 也可以用材料的断面收缩率计算，其与切向应变 之间的换算关系为： （ 3 8 ） 将式 ( 3 5 ) 代入，可得出： （ 3 9 ） 当弯曲时材料的断面收缩率 达到最大极限值 max时，同样相对弯曲半径为最小值，于是： （ 3 10 ） 上述公式中的最大切向应变 max和断面收缩率 max值，可以通过材料单向拉伸试验测得。但是上述理论公式计算的结果与实际的值有一定误差，因为生产实践中使用的最小相对弯曲半径除了与材料的 力学 性能、材料厚度等有关外，还受到其它因素的影响。 二. 影响最小相对弯曲半径 r min / t 的因素 一 材料的力学性能 材料的塑性愈好，许可的相对弯曲半径愈小。对于塑性差的材料，其最小相对弯曲半径应大一些。在生产中可以采用热处理的方法来提高某些塑性较差材料 以及冷作硬化 材料的塑性变形能力，以减小最小相对弯曲半径。 二 弯曲中心角 弯曲中心角是弯曲件圆角变形区圆弧所对应的圆心角。理论上弯曲变形区局限于圆角区域，直边部分不参与变形，似乎变形程度只与 相对弯曲半径 r / t 有关，而与弯曲中心角无关。但实际上由于材料的相互牵制作用，接近圆角的直边也参与了变形，扩大了弯曲变形区的范围，分散了集中在圆角部分的弯曲应变，使圆角外表面 受拉状态 有所缓解，从而有利于降低最小弯曲半径的数值。 弯曲中心角越小，变形分散效应越显著，所以最小相对弯曲半径的数值也越小。反之，弯曲中心角越大，对最小相对弯曲半径的影响将越弱，当弯曲中心角大于9 0后， 对相对弯曲半径已无影响。 三 板料的纤维方向 弯曲所用的冷轧钢板，经多次轧制具有方向性。顺着纤维方向的塑性指标优于与纤维相垂直的方向。当弯曲件的折弯线与纤维方向垂直时，材料具有较大的拉伸强，不易拉裂， 最小相对弯曲半径 r min/t的数值最小。而平行时则最小相对弯曲半径数值最大（见图2a,b ）。 图2 板料纤维方向对弯曲半径的影响因此 对于相对弯曲半径较小或者塑性较差的弯曲件， 折弯线应尽可能垂直于轧制方向。 当弯曲件为双侧弯曲、而且相对弯曲半径又比较小时，排样时应设法使 折弯线与板料轧制方向成一定角度的位置（见图2c ）。 四 板料的冲裁断 面质量 和表面质量 弯曲用的板料毛坯，一般由冲裁或剪裁获得，材料剪切断面上的毛刺、裂口和冷作硬化以及板料表面的划伤、裂纹等缺陷的存在，将会造成弯曲时应力集中，材料易破裂的现象。因此表面质量和断面质量差的板料弯曲，其 最小相对弯曲半径 r min / t 的数值较大。 生产实际中需要用到较小的 r min / t 值时，可以采用弯曲前去除毛刺或将材料有小毛刺的一面朝向弯曲 凸 模、切除剪切断面上的硬化层或者退火处理等方法，以避免工件的破裂。 五 板料的宽度 弯曲件的相对宽度b/t越大,材料 沿宽向 流动的阻碍越大；相对宽度b/t越小，则材料沿宽向流动越容易，可以改善圆角变形区外侧的应力应变状态。因此，相对宽度b/t较小的窄板，其相对弯曲半径的数值可以较小（见图3） 。 图3剪切断面质量和相对宽度 图4 材料厚度对最小相对 对最小相对弯曲半径的影响 弯曲半径的影响六 板料的厚度 弯曲变形区切向应变在板料厚度方向上按线性规律变化，内、外表面最大，在中性层上为零。当板料的厚度较小时，按此规律变化的切向应变梯度很大，与最大应变的外表面相邻近的纤维层可以 起到阻止外表面材料局部不均匀延伸的作用，所以薄板弯曲允许具有更小的 r min / t 值（见图4 ） 。 弯曲件的结构工艺性 一 最小弯曲半径 弯曲件的最大弯曲圆角半径可以不加限制，只要措施得当控制其回弹量，最终可以弯出所需的工件。但最小弯曲圆角半径是有限制的，小于此极限工件弯曲变形区外侧将出现破裂。当弯曲件有特殊要求必须小于最小弯曲圆角半径时 , 可以采取以下工艺措施加以解决： 一采用加热弯曲或者两次弯曲，第一次采用较大的弯曲件半径，经中间退火后第二次再弯至要求的半径尺寸。 二对于板料厚度 1 毫米以下的薄料工件，要求弯曲内侧清角时,可以采取改变结构，压出圆角凸肩的方法如图12 所示。图10 压圆角 凸 肩 三对于板料较厚的弯曲件，可以采用预先沿弯曲变形区开槽，然后再弯曲的方法，如图11 所示。因为材料越薄，弯曲圆角半径可以越小。a)V 型件开槽 b)U 型件开槽图11 开槽后弯曲 二 弯曲件直边高度 在进行直角弯曲时，若弯曲的直边高度过短，弯曲过程中不能产生足够的弯矩，将无法保证弯曲件的直边平直。所以必须使弯曲件的直边高度 H 2 t ( 见图12) 。若 H 2 t ，则需先开槽再弯曲（如图12 所示）或者先增加直边高度，弯曲后再切除多余的部分。图12 弯曲件的直边高度如果弯曲件侧面带有斜边，让斜边进入弯曲变形区（如图13a 所示）是不合理的，否则斜边弯曲部分将会变形。可以采取增添侧面直边的方法（见图13 ）或者改变弯曲件的结构（见图13c ）。图13 侧面为斜边的弯曲件 三 弯曲件的孔边距离 对于带孔的弯曲件，若预先冲好的 孔位于 弯曲变形区附近，由于弯曲过程中材料的塑性流动，会使原有的孔变形。所以，孔的位置应处于弯曲变形区外（见图14 ）。孔边至弯曲半径 r 中心的距离 L 与材料厚度有关，一般应满足以下条件：当 t 2mm 时， L t ； 当 t 2mm 时， L 2 t . 图14 弯曲件的孔边距离若弯曲件不能满足上述要求，则可以先弯曲后再冲孔。如果工件的结构允许，可以采取冲凸缘缺口（图15a ）或者月牙形槽（图15b ）的措施。图15 防止孔变形的措施此外，还可以采用在弯曲变形区预先冲出工艺孔的方法（见图15c ），由 工艺孔来吸收 弯曲变形应力，以转移变形范围，即使工艺孔变形仍能保持所需要的孔不产生变形。 四 增加工艺缺口、槽和工艺孔 为了提高弯曲件的尺寸精度，对于弯曲时圆角变形区侧面产生畸变的弯曲件，可以预先在折弯线的两端切出工艺缺口或槽 , 以避免畸变对弯曲件宽度尺寸的影响，见图16 图16 弯曲畸变消除方法 当工件局部边缘部分需弯曲时，为防止弯曲部分受力不均而产生变形和裂纹，应预先切槽或冲工艺孔，见图17 及图13c 。其中：工艺槽深度 L t + r + K/2 ，工艺槽宽度 K t ，工艺孔直径 d t 。图17 预冲工艺槽、孔的弯曲件五 弯曲件的几何形状 如果弯曲件的形状不对称或者左右弯曲半径不一致，弯曲时板料将会因摩擦阻力不均匀而产生滑动偏移。图18a 所示为毛坯形状不对称引起的偏移； b 为工件结构不对称引起的偏移； c 为凹模两边角度不对称引起的偏移。 图18 弯曲时的偏移 为了防止这种现象的发生，应在模具上设置压料装置（图19）或利用弯曲件上的工艺 孔采用 定位销定位（图20 ）。对于弯曲形状复杂或需多次弯曲的工件，也应预先在弯曲件上设计